İnterferometre
(Girişim Ölçer) Nedir?

Doğruluk payı yüksek olması istenen sistemlerde kullanılan interferometreler, hassas ölçüm için mükkemmel bir seçenek sunmaktadır. Bu yazımızda interferometrelerin nasıl çalıştığını, özelliklerini ve çeşitlerini inceledik.

A- A+

29.04.2016 tarihli yazı 21003 kez okunmuştur.

Girişim Nedir?

Girişim ölçeri anlamak için öncelikle girişimi anlamamız gerekiyor. Aslında hayatımızın her alanında gerçekleşen anlamsızlıklar ve karmaşıklıklar bizlere girişimi çağrıştırmaktadır. Fakat girişim ölçerin fizikteki anlamı daha özeldir. Girişim bize, enerji taşıyan iki dalga üst üste bindiğinde veya çakıştığında ne olur sorusunun cevabını vermektedir. Bu iki dalga taşıdıkları enerjiyle beraber üçüncü bir dalga oluştururlar ve bu oluşan dalganın oluşturduğu desen ve dalga boyu aynı, şiddeti (genliği) faklıdır. Dalgaların bu şekilde birleşmesine süperpozisyon adı verilir.

Bir kovanın içinde suda dalgalar oluşturuyorsanız burada girişimi ve süperpozisyonu gözlemleyebilirsiniz. Suyun içinde ellerinizle dalgalar oluşturduğunuzda farklı bir dalganın oluştuğunu göreceksinizdir. Elinizle oluşturduğunuz her dalga kovaya çarpıp geri yansıyacaktır. Yansıyan su dalgalarını daha güçlü iterseniz dalganın şiddetini artırıp yeni bir dalga oluşturmuş olursunuz.

►İlginizi Çekebilir: Doppler Etkisi Nedir?

Bilim insanları gelen bir dalgayı artırmaya yapıcı girişim adını vermektedirler. Eğer yansıyan su dalgalarını daha zayıf iterseniz dalganın şiddetini azaltmış ve yeni zayıf bir dalga oluşturmuş olursunuz. Bilim insanları buna da yıkıcı girişim adını vermektedirler.

Yapıcı girişimin anlamı birden fazla dalganın birleşerek büyük üçüncü bir dalgayı oluşturmasıdır. Bu oluşumla beraber yeni dalganın genliğinde bir artış olmaktadır. Yıkıcı girişim ise dalgayı çıkarmak ya da iptal etmek anlamına gelmektedir.

Girişim Saçakları

Bir dalga belirli bir fazda olabilir. Bunun anlamı eğer iki dalga aynı fazdalarsa bunları hizalayıp birlikte toplarsak oluşan yeni dalga iki kat büyük olur ve yeni bir dalga oluşur. Eğer iki dalga aynı aynı fazda değilse bunları topladığımızda yeni bir dalga oluşmaz. Bu aralıktaki bütün olasılıklar, eklenmiş olan inişli çıkışlı iki dalganın oluşturduğu üçüncü bir dalgayı bize sunar. Bu dalganın oluşturduğu karakteristik deseni, aydınlık ve karanlık bölgelerin görüntüsünü girişim saçaklarıyla anlayabiliriz.

İnterferometre Nasıl Çalışır?

İnterferometre çok hassas bilimsel araç tasarımları için ölçülecek olgunun olağanüstü hassaslıkla hesaplanmasını sağlamaktadır. İnterferometrenin basit çalışma şekli bir ışık hüzmesinin (veya başka tür bir elektromanyetik dalga) kullanarak bu ışık hüzmesini iki eşit parçaya bölerek ki buna ışın-bölücü (beam-splitter) denilen yüzeyi çok ince gümüş kaplama olan bir cisimle istenilen uygulamada kullanılmaktadır.

►İlginizi Çekebilir: Ölçme Teknikleri | 1. Bölüm

Kaynaktan gönderilen ışık, ışın-bölücü tarafından iki parçaya bölünür ve ekranda kesişerek bir girişim deseni oluştururlar. İki ışık hüzmesi ekranda kesiştiğinde veya karıştığında faz farklılıklarından dolayı parlayan veya karanlık desenler oluşur. İşte bunun diğer bir ismi girişim saçaklarıdır. İki ışık hüzmesi, nerede birleşmişler ise o bölge yani parlak renkli olan desen yapıcı girişimdir. İki ışık hüzmesi, nerede karanlık ise o bölgede de yıkıcı girişime sahiptir. Tam desenin oluşmasında L1 ve L2 uzaklıkların arasındaki mesafe önemlidir. İnterferometre ile saçakların ölçülmesiyle ve gözlemlerle bulmaya çalıştığınız olguyu tam doğrulukla ölçebilirsiniz.

İnterferometre Çeşitleri

İnterferometre 19. yüzyılın sonlarına doğru popüler oldu ve birkaç farklı türü vardır. Her biri biraz farklı da olsa yukarıdaki ilkelere göre çalışmaktadır.

► Michelson İnterferometresi: Michelson interferometresi muhtemelen en iyi 1881 yılında ünlü Michelson-Morley deneyinde oynadığı rol üzerine bilinir. Michelson ve meslektaşı Edward Morley tarafından yapılan bir deney genel olarak eter teorisine karşı en büyük kanıt olarak düşünülmektedir. Deneyin amacı eter maddesinin var olduğunu kanıtlamaktı. Deney olumlu yönde sonuçlansa da deney olumsuz sonuçlandı. Eğer böyle bir madde olsaydı içinde bulunan her şeyi etkilerdi (ışık dahil). Michelson-Morley deneyi, Albert Einstein’ın görelilik kuramının temel taşı olmuştur.

► Fabry-Perot İnterferometresi: Ayrıca Etolon olarak da bilinen bu interferometre Michelson interferometresinin gelişmiş halidir. Fabry-Perot İnterferometresi, net ve keskin saçaklarla gözlem ve ölçüm açısından geliştirilmiştir.

► Fizeau İnterferometresi: Fabry-Perot interferometresinden daha kolay kullanıma sahip olup optik ve mühendislik ölçümleri yapmak için kullanılmaktadır.

İnterferometrelerde Hata Payı

İnterferometrelerde muhtemel hatanın en büyük kaynağı, lazer kaynağının dalgaboyunun değişmesi ve içinden geçtiği cismin kırılma indisinin büyük ya da küçük olmasından dolayı olabilir. Ölçüm hatalarında lazerin geçtiği ortamdaki gazın sıcaklığı, yoğunluğu, nemi, basıncı ve yoğunluğu ortamın kırılma indisine etki ederek ortamdan geçen lazerin dalga boyunda değişmeler oluşmasını sağlayarak potaniyel ölçme hataları oluşabilir. Neyse ki iyi interferometreler ile bu hatalar aza indirgenir. Yukarıdaki hataların düzeltilmesi ile interferometrelerin hata yapma oranı yaklaşık olarak milyonda 1 veya 2 olacaktır.

İnterferometrelerin Kullanım Alanları

► Fizik ve Astronomi: Michelson-Morley deneyiyle beraber görelilik teorisi için önemli bir yere sahip olan interferometreler, fizik ve astronomi alanında görüntüleme teknolojilerinde, radyo teleskoplarında, optik teleskoplarda ve birçok alanda daha az hata için kullanılmaktadır. En önemli örnek olarak da bu sene içerisinde açıklanan Kütleçekim dalgalarında Fabry-Perot interferometresi kullanılarak kütleçekim dalgaları görülmesi sağlanmıştı. İki karadeliğin birleşerek bir karadelik oluşturması esnasında oluşan kütleçekim dalgası bütün bir uzay-zamanı esneterek, bu dalgaların Fabry-Perot interferometresinde ışın kaynağıyla girdiği temas sonucu dedektörler, kütleçekim dalgalarını algılayarak Einstein’ın bir kere daha haklı olduğunu bizlere gösterdi.

► Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler: Telekomünikasyonda yüksek hızlı haberleşme için az hata payına sahip sistemleri yapmakta kullanılmaktadır ve genellikle ince ayrıntılar verebilen, yarıiletkenleri görüntüleme sistemlerinde kullanılmaktadır.

► Biyoloji ve Tıp Bilimleri: Optik Koherans Tomografi (OCT ) cihazlarında, yeni nesil daha az zararsız X-ray cihazlarında, renkli görüntü verebilen sistemlerde kullanılmaktadır. İnterferometreler, fotonik sistemlerde kullanılarak elektron yerine fotonlar kullanılması ilkesiyle, insan vücuduna daha az zararsız ve görüntü verimi yüksek sistemler üzerinde çalışılmaktadır.